CC BY
48
КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
АДСОРБЦИЯ МЕТАНОЛА НА МОДИФИЦИРОВАННЫХ АДСОРБЕНТАХ
Хандамов Даврон Абдикадирович
канд. хим. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института,
Узбекистан, г. Ташкента E-mail: dxandamov@mail. ru
Муминов Субхутдин Зиявиддинович
д-р хим. наук, профессор института общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан
Узбекистан, г. Ташкента E-mail: [email protected]
Мирзакулов Холтура Чориевич
д-р тех. наук, профессор Ташкентского химико-технологического института,
Узбекистан, г. Ташкента E-mail: khmirzakulov@mail. ru
Салихова Озода Абдуллаевна
канд. тех. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института,
Узбекистан, г. Ташкента E-mail: Ozoda. salixova@mail com
METHANOL ADSORPTION ON MODIFIED ADSORBENTS
Davron Handamov
Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of Tashkent Chemical-Technological Institute,
Uzbekistan, Tashkent
Subhutdin Muminov
Doctor of Chemistry, Professor ofInstitute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences
of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent
Holtura Mirzakulov
Doctor of Technical Science, Professor of Tashkent Chemical-Technological Institute,
Uzbekistan, Tashkent
Ozoda Salikhova
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Tashkent Chemical-Technological Institute,
Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В статье изучено адсорбция паров метилового спирта в модифицированных адсорбентов. Повышение температуры дегидратации всех модифицированных образцов при повышение температуры дегидратации до 423К вызывает увеличение Vs на 20-30%. Адсорбенты по Vs можно расположить в ряд:
ТМАБ> РуБ > ПГАБ > ЭАБ > МАБ.
По удельной поверхности:
ПГАБ > ТМАБ > ЭАБ > МАБ> РуБ. Высокие значения S ПГАБ и ТМАБ указывают на микропористость адсорбентов.
Библиографическое описание: Адсорбция метанола на модифицированных адсорбентах // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. Хандамов Д.А. [и др.]. 2019. № 2(56). URL:
http://7universum.com/ru/nature/archive/item/6908
ABSTRACT
In the article adsorption of methyl alcohol vapor in modified adsorbents has been studied. Increase of dehydration temperature of all modified samples with increase in dehydration temperature to 423 K causes increase in Vs by 20-30%. Adsorbents for Vs can be arranged in a row:
ТМАВ> RuB> PGAB> EAB> МАВ.
By a specific surface:
PGAB> TMAB> EAB> MAB> RuB.
High values of S PGAB and TMAB indicate the microporosity of adsorbents.
Ключевые слова: Бентонит, адсорбция, изотерма, метанол, модификация, адсорбент. Keywords: bentonite; adsorption; isotherm; methanol; modification; adsorbent.
В настоящее время бентонитовая глина и адсорбенты нашли широкое применение в качестве адсорбента в разных отраслях народного и сельского хозяйства [2, 25 с.]. Органобентониты легко набухают в органической среде, образуя тиксотропические гели, которые легко присоединяются к органическим и полимерным материалам [5, с. 23].
Объектом исследования является Навбахорский щелочной бентонит (ПБВ марки) (Узбекистан), состоящий в основном из натриевого монтмо-риллонитового минерала, характеризующийся емкостью катионного обмена E=0,73 мг-экв/г и химическим составом (в мас %): SiO2 -57,91, TiO - 0,35, Al2Oз-13,69, Fe2Oз-5,10, Ca0-0,48, MgO-1,84 SOз-0,75, ^-1,75, P2O5 -0,43, CaO -0,48, Na2O-1,53, потери при прокаливании 16,17 [6, С.52].
Из щелочного бентонита Навбахарского месторождения получают растворы, перемешав такие вещества как: метиламмониевые-, этиламмониевые-, тетраметиламмонивые- и пиридиниевые монтмориллониты с добавлением в 3,5% водную суспензию натриевого бентонита, 2 н соли метиламмониевого гидрохлорида, этиламмониевого гидрохлорида, тет-раметиламмониевого хлорида и пиридинового гидрохлорида. Так же эти растворы получают, перемешав семизарядные полигидроксиалюминиевые катионы (ПГАК) - [AllзO(OH)24•(H2O)l2]7+ 0.03 н ионов натрия имеющиеся в составе полигидроксиа-люминиевого бентонита. Образцы полученные на основе щелочного Навбахарского месторождения (NaБ) были названы: метиламмоний бентонит - МАБ, этиламмоний бентонит - ЭАБ, тетраметиламмоний бентонит - ТМАБ, пиридиний бентонит - РуБ поли-гидроксиалюминиевый бентонит - ПГАБ [9, С.33].
Метанол полученный в качестве адсорбата до его применения в процессе адсорбции, изначально очищается в вакуумных условиях и высушивается. Его паровое давление должно равняться данным таблицы приведённых для метанола [10, С.1]. По характеристики Киселёва [1, С.12] адсорбаты делятся на четыре вида. Метанол относится ко второму виду, имеет гидроксильную группу и неподелённую электронную пару, дипольный момент равен 1.70 Д [10, с.1].
В образцах модифицированного адсорбента Навбахарского месторождения изотермы адсорбции паров метанола измеряется на чувствительном, спиральном приборе Манк-Бенна [3, 268 с].
В зависимости от размеров модифицированных катионов при 293К и 423К температуре были термически обработанны адсорбенты до применения их в сорбции. Так, из №-бентонита вода из внешней координационной сферы удаляется при низких температурах (даже при комнатной), а вода непосредственно координированная с катионами удаляется до 150-200 0С.
По мнению Ю.И. Тарасевича, Ф.Д. Овчаренко [4 с. 195], молекулы межслоевой воды координируются обменными катионами и одновременно связаны водородной связью с поверхностными кислородами алюмосиликатных катионов.
Поэтому изучение адсорбционных свойств модифицированных монтмориллонитов проводили после вакуумирования при комнатной температуре и после вакуумирования с нагревом при 423К, ибо при этих условиях минерал в основном теряет физически адсорбционную влагу, т. е. дегидратируется и при этому сорбционные свойства улучшаются.
Изотермы адсорбции паров метилового спирта на №- бентоните, органо- и ПГАБ представлены на рисунке. Изотерма адсорбции паров СН3ОН на NaБ (кривая) отличается малой начальной крутизной и имеет S-образную форму, характеризуется широкой петлей гистерезиса необратимой во всем интервале равновесных давлений.
Наличие петли гистерезиса обусловлена капиллярной конденсацией во вторичных порах и необратимой адсорбцией адсорбата вследствие взаимодействия с обменным катионами с образованием прочных комплексов. Петли гистерезиса на изотермах обнаруживаются в основном при Р/Р^ 0,2. Петля гистерезиса на изотерме адсорбции паров метилового спирта на ПГАБ, дегидратированном при 423К характеризуется наибольшей шириной, для остальных кривых 2-9 свойственно узкие петли обнаруживаемые при Р^>0.3-1.0.
a,
Рисунок 1. Изотермы адсорбции паров метанола на натриевом (1), этиламмониевом (2,3), метиламмониевом (4,5), пиридиниевом (6,7), тетраметиламмониевом (8,9) и полигидроксиалюминиевом (10,11) адсорбентах, дегидратированных при 293 (1,2,4,6,8,10) и 423К (3,5,7,9,11)
Бентонитовая глина с различными органическими катионами, дегидратированные при одинаковой температуре при 293 и 423К имеют различные сорбционные активности. Удельная поверхность бентонита по метиловому спирту составляет 157^10-3 м2/кг. При расчете 8 за площадь поверхности, приходящаяся на одну молекулу метилового спирта, как
показано в таблице брали 0,22 нм2. В таблице приведены сорбционные характеристики органоглин и ПГАБ. Видно что дегидратация в пределах 293-423К вызывает увеличение 8 для МАБ в пределах 249-256, для ЭАБ 183-257, ТМАБ- 247-321, РуБ- 224-249, и наконец, для ПГАБ 327-367^10-3м2/кг.
Таблица 1.
Структурно - сорбционные характеристики натриевого и модифицированных адсорбентов по метанолу
1
Адсорбенты Температура вакууми-рования, К Емкость монослоя, а m, моль/кг Удельная поверхность, S•10"3, м2/кг Предельная Адсорбция, а s, моль/кг Предельный сорбционный объем, Vs•103, м3/кг
МаМ 293 423 1.19 1.84 157 244 4.70 6.12 0.188 0.245
МАБ 293 423 1.87 1.93 249 256 4.70 5.00 0.188 0.200
ЭАБ 293 423 1.38 1.94 183 257 3.80 5.60 0.152 0.224
ТМАБ 293 423 1.86 2.42 247 321 5.00 6.10 0.200 0.258
РуБ 293 1.68 224 5.10 0.204
423 1.88 249 5.70 0.252
ПГАБ 293 2.47 327 4.15 0.166
423 2.77 367 5.70 0.228
Как следует из этих данных высокие значения S свойственны для ПГАБ и ТМАБ, несколько меньшие значения для МАБ и РуБ, низкое значение имеем ЭАБ, дегидратированной при 293К. По данным [6, С.10; 7, С. 119] межслойное расстояние МАБ составляет 0,26 нм, ЭАБ-0,28 нм, ТМАБ-0,41 нм, для РуБ-0,54 нм, ПГАБ-0,895 нм. При повышении температуры вакуумирования в пределах 293-423К адсорбционная способность органобентонитов и ПГАБ по метанолу возрастает на 20-30%. Предельный сорбци-онный объем №-бентонита, дегидратированного при 293К 0,188^103 м3/кг. Дегидратированные при этой температуре образцы МАБ, ТМАБ, РуБ имеют близкие значения V Некоторое уменьшение объема наблюдается для ЭАБ и ПГАБ. При повышении температуры вакуумирования до 423К заметно возрастает Vs-ТМАБ, РуБ, а для ПГАБ повышается незначительно, еще меньшее увеличение наблюдается для МАБ и ЭАБ.
Из таблицы следует, что для всех модифицированных образцов повышение температуры дегидратации до 423К вызывает увеличение V на 20-30%. Сорбенты по V можно расположить в ряд:
ТМАБ> РуБ > ПГАБ > ЭАБ> МАБ.
По удельной поверхности:
ПГАБ > ТМАБ> ЭАБ > МАБ> РуБ.
Довольно высокие значения V для органглин и ПГАБ свидетельствует о внедрении молекул СН3ОН в межслоевое пространство. Высокие значения S ПГАБ и ТМАБ указывает на микропористость сорбентов. Как следует из данных адсорбции СН3ОН, ва-куумирование модифицированных сорбентов даже при обычной комнатной температуре раскрывает 8092% свободного объема микропор. Следовательно, возможно применение таких сорбентов в качестве молекулярных сит даже после обычного вакуумиро-вания.
Список литературы:
1. Адамов Л.В., Сафронов А.П. Сорбционный метод исследования пористой структуры наноматериалов и удельной поверхности наноразмерных систем: Учеб. пособ. для ВУЗов.- Екатеринбург: Мир, 2008.- С. 64.
2. Арипов Э.А. Природные минеральные сорбенты, их актированных и модифицирование. Т.: Фан, 1970.-252 с.
3. Киселева А.В., Древинга В.П Экспериментальные методы в адсорбции и хроматографии. -Москва.:МГУ, 1983. - 447 с.
4. Тарасевич Ю.И. Строение и химия поверхности слоистых силикатов.-Киев: Наукова думка, 1988.-246 с.
5. Туторский И.А. Эластомерные нанокомпозиты со слоистыми силикатами // Каучук и резина. -2004. -№ 5.-С. 23-29.
6. Муминов С.З., Хандамов Д.А. Адсорбция паров метанола на натриевом и метиламмониевом монтмориллонитах в изостерических условиях // Узбекский химический журнал.- 2010.- №1- С.8-11.
7. Муминов С.З., Хандамов Д.А. Теплота адсорбции паров метилового спирта на микропористом глинистом адсорбенте // Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности. Материалы XIV Всероссийского симп. с участ. иност. учен: Тез. докл.- Москва - Клязьма, 2010.-С. 119.
8. Хандамов Д.А. Термодинамика адсорбции метилового спирта и н-гексана на монтмориллонитах с модифицирующими органическими катионами: Дис...канд. хим. наук.-Т., 2012.-С 142.
9. Хандамов Д.А., Икрамов А., Абдураимов Б.М., Туробжонова С.Ш., Хакимова Г. Адсорбция ацетонитрило-вых паров натриевых и модифицированных глинистых адсорбентов // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2018. № 11(53). С.33-35.
10. Справочник химика /21 ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ - Электронный ресурс. Режим доступа -http://chem21.info/article/519497. (дата обращения: 22.01.2019)
